A “dureza” da água pode ser “temporária” ou “permanente”.
a. O que provoca a dureza e como pode ser eliminada em cada caso?
b. Explique por que zeólitas naturais, resinas de troca iônica sintéticas e polifosfatos podem ser utilizadas no tratamento de águas “duras”.

Passo 1

O enunciado pede para explicar o que causa a dureza “temporária” e a dureza “permanente” da água e como cada uma pode ser eliminada (item a) e, em seguida, justificar por que zeólitas naturais, resinas de troca iônica sintéticas e polifosfatos são úteis no tratamento de águas duras (item b). Vamos usar conceitos de química aquosa, precipitação e troca iônica.

Passo 2

A dureza da água é devida aos íons \text{Ca}^{2+} e \text{Mg}^{2+} dissolvidos. Quando esses cátions provêm de sais de bicarbonato, fala-se em dureza temporária; quando provêm de sulfatos, cloretos ou outros sais estáveis, fala-se em dureza permanente.

Passo 3

Dureza temporária: causada pelos bicarbonatos de cálcio e magnésio \text{Ca(HCO}_3)_2 e \text{Mg(HCO}_3)_2.
Ao ferver a água ou adicionar cal \text{CaO}, esses sais se decompõem e precipitam:
\text{Ca(HCO}_3)_2 \longrightarrow \text{CaCO}_3(s) + \text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(l)
\text{Mg(HCO}_3)_2 \longrightarrow \text{Mg(OH)}_2(s) + 2\,\text{CO}_2(g)
Os sólidos formados podem ser removidos por filtração ou decantação.

Passo 4

Dureza permanente: causada por sais como \text{CaSO}_4, \text{MgSO}_4, \text{CaCl}_2, \text{MgCl}_2, que não se decompõem por fervura. Para eliminá-los usam-se:
• Precipitação química com carbonato de sódio \text{Na}_2\text{CO}_3:
\text{Ca}^{2+} + \text{CO}_3^{2-} \longrightarrow \text{CaCO}_3(s)
• Adição de cal \text{CaO}, gerando espécies insolúveis.
• Métodos de troca iônica.

Passo 5

Zeólitas naturais são aluminosilicatos com cavidades carregadas negativamente, contendo originalmente \text{Na}^+. Na passagem da água dura ocorre troca iônica:
2\,\text{Na}^+(\text{zeólita}) + \text{Ca}^{2+}(\text{aq}) \longrightarrow \text{Ca}^{2+}(\text{zeólita}) + 2\,\text{Na}^+(\text{aq})óó
O mesmo vale para \text{Mg}^{2+}, diminuindo a concentração de íons que causam dureza.

Passo 6

Resinas de troca iônica sintéticas são polímeros com grupos ativos (por exemplo, -\text{SO}_3^-) que capturam \text{Ca}^{2+} e \text{Mg}^{2+} e liberam \text{Na}^+ ou \text{H}^+, suavizando a água.

Passo 7

Polifosfatos atuam como sequestrantes (quelantes) de \text{Ca}^{2+} e \text{Mg}^{2+}, formando complexos solúveis do tipo \text{(PO}_3\text{)}_n\text{Ca} ou \text{(PO}_3\text{)}_n\text{Mg}, que impedem a precipitação e a formação de incrustações.

Resposta

a. A dureza temporária vem de \text{Ca(HCO}_3)_2 e \text{Mg(HCO}_3)_2 e é removida por fervura (precipitação de \text{CaCO}_3 e \text{Mg(OH)}_2) ou adição de cal \text{CaO}. A dureza permanente vem de sais solúveis como sulfatos e cloretos de \text{Ca}^{2+} e \text{Mg}^{2+} e requer precipitação química (por exemplo, com \text{Na}_2\text{CO}_3) ou troca iônica.
b. Zeólitas naturais e resinas trocam \text{Ca}^{2+} e \text{Mg}^{2+} por \text{Na}^+, removendo os íons que endurecem a água. Polifosfatos sequestram \text{Ca}^{2+} e \text{Mg}^{2+} em complexos solúveis, evitando precipitados e incrustações.

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